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設(shè)計(jì)
振搖式紅棗采收設(shè)備設(shè)計(jì)與仿真
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
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專(zhuān) 業(yè)
班 級(jí)
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前 言
本研究針對(duì)南疆地區(qū)紅棗種植面積大，紅棗采收困難的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，以紅棗采收設(shè)備研制作為研究對(duì)象，基于振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，分析振動(dòng)系統(tǒng)在外部簡(jiǎn)諧激振力的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)響應(yīng)的基本條件和軌跡特征；進(jìn)行振搖式紅棗采收設(shè)備運(yùn)動(dòng)特性研究。進(jìn)行采收試驗(yàn)，并對(duì)采收效率進(jìn)行有效分析，為提高紅棗采收效率的研究提供理論支持。
振搖式紅棗采收設(shè)備基本原理是搖桿晃動(dòng)帶動(dòng)罩子晃動(dòng)，罩子晃動(dòng)帶動(dòng)樹(shù)枝晃動(dòng)；樹(shù)枝在接受了外加的強(qiáng)迫振動(dòng)后，也以一定的頻率振動(dòng)，這樣就使樹(shù)枝上的棗子也以某種形式的振動(dòng)而加速運(yùn)動(dòng)。加速運(yùn)動(dòng)的棗子要受到慣性力的作用，當(dāng)慣性力大于棗子與樹(shù)枝的結(jié)合力時(shí)，棗子就會(huì)掉落到罩子底部，達(dá)到收獲紅棗的預(yù)期效果。
紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱(chēng)，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特色農(nóng)業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)模化發(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新格局。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹(shù)種植面積，為農(nóng)民增加了經(jīng)濟(jì)收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹(shù)種植每年以10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地已形成了較大的種植規(guī)模, 每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來(lái)完成水果采收?？梢灶A(yù)見(jiàn)到, 再過(guò)3～5 年, 新種植的果樹(shù)進(jìn)入盛果期后, 水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺、采收不及時(shí), 而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問(wèn)題。這是因?yàn)? 水果采摘是一項(xiàng)勞動(dòng)投入量很大的作業(yè), 有些水果因成熟期不一致, 需要多次采摘才能完成收獲; 而有些作為鮮食或作為加工用途的果品, 因市場(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高, 不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷, 采收這些水果時(shí)必須小心翼翼; 另外, 水果收獲是在離地面有3～5m 高的空中作業(yè), 以上原因決定了水果采摘是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢, 大面積發(fā)展水果種植時(shí), 必須要依靠機(jī)械化來(lái)提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹, 有些鮮食水果的采收用工量較大, 約占水果生產(chǎn)總用工量的50%以上,導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過(guò)大, 不能滿(mǎn)足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量?jī)?yōu)越、價(jià)格相對(duì)低廉的原料, 這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。懸掛式紅棗收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)，就是針對(duì)矮化密植紅棗的采摘要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的新型機(jī)器，紅棗的機(jī)械化收獲對(duì)提高收獲效率, 降低收獲作業(yè)成本, 做到適時(shí)收獲, 提高采收效率都有很大的幫助。
目 錄
1.緒論 1
1.1課題研究的目的和意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 1
1.3本課題主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線(xiàn) 2
2.振搖式紅棗采收設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1總體設(shè)計(jì)方案 2
2.1.1振搖式紅棗采收設(shè)備結(jié)構(gòu)原理 3
2.1.2振搖式紅棗采收設(shè)備工作原理 4
3.振搖式紅棗采收設(shè)備具體部分設(shè)計(jì) 4
3.1圓形網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
3.1.1圓形網(wǎng)罩 4
3.1.2漏棗導(dǎo)管 5
3.1.3加強(qiáng)連接處 5
3.1.4連接繩 5
3.1.5束緊繩導(dǎo)管 5
3.2束緊機(jī)構(gòu) 5
3.2.1束緊繩 6
3.2.2束繩裝置 6
3.3可調(diào)搖桿 7
3.3.1搖桿作用 7
3.3.2搖桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.3.3搖桿材料 8
3.4可調(diào)束緊帶 8
3.4.1束緊帶作用 8
3.4.2結(jié)構(gòu) 8
3.4.3工作原理 9
3.4.4可調(diào)束緊帶材料 9
4.振搖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
4.1汽油機(jī)的選擇 10
4.2減速器的確定 10
4.3振動(dòng)機(jī)構(gòu) 10
4.3.1曲柄滑塊的動(dòng)力學(xué)特性 11
4.3.2曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 12
4.4液壓傳動(dòng) 13
4.5結(jié)論 15
5.結(jié)論 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
1.緒論
1.1課題研究的目的和意義
目前，我國(guó)果園收獲主要靠人工手摘和借助云梯、采果刀等簡(jiǎn)單工具輔助采收。林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，未見(jiàn)成熟先進(jìn)的實(shí)用機(jī)具報(bào)道。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工采收的方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足紅棗等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。針對(duì)紅棗人工采收效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高的生產(chǎn)實(shí)際，需要設(shè)計(jì)一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)矮化密植紅棗的收獲機(jī)具，盡量做到工作穩(wěn)定可靠，，采凈率高且不傷樹(shù)的特點(diǎn)。以滿(mǎn)足當(dāng)前日益產(chǎn)業(yè)化的紅棗產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)紅棗產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，推動(dòng)紅棗這一新興產(chǎn)業(yè)在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的地位。
棗樹(shù)在我國(guó)的分布很廣，一般來(lái)講，小氣侯冬季最低氣溫不低于-32℃，就可栽培植棗。棗樹(shù)在我國(guó)大面積經(jīng)濟(jì)栽培主要在山東、河北、河南、山西、陜西五省的黃河流域，近年來(lái)安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱(chēng)，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特色農(nóng)業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)?；l(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新格局。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹(shù)種植面積，為農(nóng)民增加了經(jīng)濟(jì)收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹(shù)種植每年以10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地已形成了較大的種植規(guī)模,，每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來(lái)完成水果采收?？梢灶A(yù)見(jiàn)到，再過(guò)3～5 年，新種植的果樹(shù)進(jìn)入盛果期后,水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺、采收不及時(shí)，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問(wèn)題。這是因?yàn)椋烧且豁?xiàng)勞動(dòng)投入量很大的作業(yè)，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲；而有些作為鮮食或作為加工用途的果品，因市場(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷, 采收這些水果時(shí)必須小心翼翼；另外，水果收獲是在離地面有3～5m高的空中作業(yè)， 以上原因決定了水果采摘是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時(shí), 必須要依靠機(jī)械化來(lái)提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，約占水果生產(chǎn)總用工量的50%以上,導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過(guò)大，不能滿(mǎn)足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量?jī)?yōu)越、價(jià)格相對(duì)低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。振搖式紅棗采收設(shè)備的研究，就是針對(duì)紅棗的采摘時(shí)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械，紅棗的機(jī)械化收獲對(duì)提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時(shí)收獲，減少收獲過(guò)程中造成的機(jī)械損，保證紅棗質(zhì)量，促進(jìn)棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
1.2國(guó)內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)水果機(jī)械化收獲技術(shù)的研究較多，機(jī)械采收在美國(guó)、西班牙、俄羅斯、意大利、英國(guó)、德國(guó)、丹麥、匈牙利等國(guó)家的果園應(yīng)用較為普遍。目前, 機(jī)采量較大的果樹(shù)作物有蘋(píng)果、葡萄、甜橙、桃、李、杏、櫻桃、越桔、油橄欖、核桃、扁桃等。他們采用的機(jī)械收獲方法主要有：震搖法、梳刷法、撞擊法、水力法、半機(jī)械化采收等方法。但是，針對(duì)紅棗收獲的采摘機(jī)械比較少。
據(jù)了解, 美國(guó)的堅(jiān)果收獲已全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，美國(guó)的葡萄、柑桔類(lèi)水果的機(jī)械化收獲問(wèn)題也解決得較好。意大利生產(chǎn)一種鮮食水果收獲機(jī)， 專(zhuān)用于蘋(píng)果、梨、杏、李子等鮮食水果的收獲, 雖然這種水果收獲機(jī)需要人工輔助摘果，但摘下后水果的輸送、裝箱等過(guò)程全部是機(jī)械化操作，水果收獲的效率可大大提高，同時(shí)也能避免和減少水果在收獲過(guò)程中的機(jī)械損傷。除了收獲機(jī)械之外， 還需要引進(jìn)適于機(jī)械化收獲的品種和果園修剪等管理技術(shù)。例如：在法國(guó)和意大利，為實(shí)現(xiàn)水果作業(yè)機(jī)械化，把葡萄樹(shù)普遍栽成扁平形，并花了很大的力量栽培修剪。栽果樹(shù)時(shí)，樹(shù)與樹(shù)排列成行， 既有較好的光照與通風(fēng)， 又便于拖拉機(jī)進(jìn)入行間松土、施肥、噴藥和采摘。法國(guó)的勃拉特研究所據(jù)此設(shè)計(jì)制造了一種高架式葡萄收獲機(jī)，成功地解決了釀酒用葡萄的收獲問(wèn)題。國(guó)外有很多發(fā)展水果機(jī)械化收獲的經(jīng)驗(yàn)，值得我們學(xué)習(xí)和研究。
日本的果園種植地形類(lèi)似于我國(guó)南方地形，許多在平地上使用的果園機(jī)械在丘陵地形上并不適用。因此日本在本世紀(jì)年代初著手研究陡坡地果園的機(jī)械化，其四國(guó)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)研制的采用樞軸式擺動(dòng)懸掛機(jī)構(gòu)作為行走部分的自走式采摘車(chē)，使用電視攝像機(jī)和無(wú)線(xiàn)電控制組合 該采摘車(chē)的輪距寬 重心低。故爬坡能力強(qiáng) 采用就地車(chē)輪正反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，故回轉(zhuǎn)能力好，采用樞軸懸掛機(jī)構(gòu)。因而使機(jī)體擺動(dòng)小、行走穩(wěn)定，適合在坡度的地區(qū)使用。
目前國(guó)外對(duì)采摘機(jī)械的研究是以采摘機(jī)器人為主70年代末期 隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，美國(guó)首先開(kāi)始研究各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人。自1983年第一臺(tái)采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來(lái)，歷經(jīng)了20多年的研究和試驗(yàn)，以日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，包括美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、英國(guó)、西班牙等國(guó)相繼試驗(yàn)成功了多種采摘機(jī)器人，如蘋(píng)果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等果實(shí)采摘的具有人工智能的機(jī)器人采摘機(jī)器人主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)和行走裝置等四大系統(tǒng)組成。日本京都大學(xué)在80年代中期研制了五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手，但這種機(jī)械手的工作空間并沒(méi)有包含所有果實(shí)的位置而且機(jī)械手末端執(zhí)行器的可操作度也低。同時(shí)韓國(guó)研制的蘋(píng)果采摘機(jī)器人采用了極坐標(biāo)機(jī)械手，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可左右移動(dòng)，絲桿關(guān)節(jié)可以上下移動(dòng)，從而工作空間可達(dá)3m。20世紀(jì)90年代，日本崗山大學(xué)在番茄采摘機(jī)器人上設(shè)計(jì)出了具有7個(gè)自由度的能夠指定采摘姿態(tài)的機(jī)械手，自由度越高，其手部運(yùn)動(dòng)越靈活 控制越復(fù)雜。
總之，國(guó)外的水果收獲機(jī)械研究主要在鮮食水果的收獲中，他們是著眼于市場(chǎng)針對(duì)性的研制的各種收獲機(jī)械。他們不光強(qiáng)調(diào)機(jī)械一定要適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)(園)藝的要求，而是從生物學(xué)角度、農(nóng)( 園) 藝角度加大科研力度，開(kāi)發(fā)利于機(jī)械化作業(yè)的新品種、新農(nóng)( 園) 藝等，為機(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造條件。這樣就提高了水果的機(jī)械化采收作業(yè)率。
根據(jù)全國(guó)各地調(diào)查資料顯示，目前我國(guó)的水果機(jī)械化還只是停留在節(jié)水滴灌、灌溉施肥一體化、包裝保鮮等有限的幾個(gè)工序上，在清洗、分級(jí)中偶有使用，而水果采摘機(jī)械還是很少。我國(guó)的水果采摘機(jī)械種類(lèi)很少，大型的機(jī)械化設(shè)備使用率很低，只有少量的半自動(dòng)機(jī)械在使用。比如，可移動(dòng)水果采摘梯、可伸縮式高枝采果器這樣的改進(jìn)型機(jī)械。這些機(jī)械雖然在某種意義上是生產(chǎn)效率提升，提高了水果的采摘質(zhì)量。但是對(duì)于大面積的果樹(shù)收獲還是不能滿(mǎn)足要求，像紅棗這樣的果實(shí)數(shù)量多，結(jié)果時(shí)，紅棗分布在果樹(shù)的各個(gè)部位，所以如果要提高生產(chǎn)率就需要機(jī)械化程度比較高的水果采摘機(jī)械來(lái)完成。
果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，果樹(shù)收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工量多。傳統(tǒng)的人工收獲方法，每公頃需幾百個(gè)工時(shí)，占果園生產(chǎn)過(guò)程中用工量的50%左右。目前，我國(guó)果園收獲主要靠人工手摘和借助云梯、采果刀等簡(jiǎn)單工具輔助采收。林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，成熟先進(jìn)的實(shí)用機(jī)具報(bào)道很少。隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠簡(jiǎn)單的人工采收的方式已不能滿(mǎn)足紅棗等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。2007年，農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制了4YS—24型紅棗收獲機(jī)，采收效果受到紅棗矮化密植的影響，機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入棗園，后續(xù)清理還是需要人工拾取，采收效果不理想，推廣遇到很大困難。特別是南疆地區(qū)紅棗種植的方式是矮化密植，這對(duì)機(jī)械采收提出更多難題。
各地州發(fā)展紅棗的計(jì)劃面積為240萬(wàn)—270萬(wàn)畝，尤其是阿克蘇地區(qū)提出到2015年全地州發(fā)展紅棗150萬(wàn)畝的宏偉目標(biāo)。并申請(qǐng)注冊(cè)“阿克蘇紅棗”商標(biāo)。各地州根據(jù)實(shí)際情況確定了紅棗產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展縣。近年隨著南疆地區(qū)紅棗種植面積快速增長(zhǎng)，每年到紅棗收獲季節(jié)，對(duì)人工需求特別旺盛，導(dǎo)致紅棗收獲成本劇增，棗農(nóng)的種植成本就會(huì)出現(xiàn)大幅度增加；一旦遇到陰雨天氣，大量紅棗來(lái)不及采收，淋雨后的紅棗無(wú)論是在樹(shù)上還是在地上都會(huì)出現(xiàn)大量腐爛；阿拉爾墾區(qū)2010年紅棗收獲期降雨，沒(méi)有采收完畢紅棗都出現(xiàn)50%的腐爛。因此研制一種高效紅棗采收設(shè)備是需求很迫切。
近年來(lái)，作為鮮食上市的水果收獲仍沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。這是因?yàn)殚L(zhǎng)在果樹(shù)上的果實(shí)的生長(zhǎng)形態(tài)不適于機(jī)械化采摘, 而市場(chǎng)對(duì)于商品果外觀要求又較高，不能有碰傷、擦傷等機(jī)械損傷的緣故。雖然這種水果收獲機(jī)需要人工輔助摘果，但摘下后水果的輸送、裝箱等過(guò)程全部是機(jī)械化操作，水果收獲的效率可大大提高，同時(shí)也能避免和減少水果在收獲過(guò)程中的機(jī)械損傷。
故果園收獲機(jī)械化一直是國(guó)內(nèi)研究工作的重點(diǎn)。根據(jù)摘果原理不同采果機(jī)械主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是氣力振動(dòng)采收機(jī)；另一類(lèi)是機(jī)械振動(dòng)采收機(jī)。機(jī)械振動(dòng)采收機(jī)又可分為兩種，一是機(jī)械推搖采收機(jī)，另一種是機(jī)械撞擊采收機(jī)。
1.3本課題主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線(xiàn)
本研究針對(duì)南疆地區(qū)紅棗種植面積大，紅棗采收困難的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，以紅棗采收設(shè)備研制作為研究對(duì)象，基于振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，分析振動(dòng)系統(tǒng)在外部簡(jiǎn)諧激振力的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)響應(yīng)的基本條件和軌跡特征；進(jìn)行振搖式紅棗采收設(shè)備運(yùn)動(dòng)特性研究。
2.振搖式紅棗采收設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
果園收獲機(jī)械化一直是國(guó)內(nèi)研究工作的重點(diǎn)。根據(jù)摘果原理不同采果機(jī)械主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是氣力振動(dòng)采收機(jī)；另一類(lèi)是機(jī)械振動(dòng)采收機(jī)。機(jī)械振動(dòng)采收機(jī)又可分為兩種，一是機(jī)械推搖采收機(jī)，另一種是機(jī)械撞擊采收機(jī)。
2.1總體設(shè)計(jì)方案
經(jīng)過(guò)資料的查詢(xún)和實(shí)際的觀察，確定采收設(shè)備所具備的基本條件是：工作振幅小，易移動(dòng)，采摘過(guò)程對(duì)樹(shù)枝和果實(shí)的損傷小，經(jīng)借鑒采用搖震式。眾多學(xué)者廣泛開(kāi)展了振動(dòng)采收機(jī)理研究，揭示了理論上可行。振搖式紅棗采收設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，要求采收設(shè)備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡(jiǎn)便。
2.1.1振搖式紅棗采收設(shè)備結(jié)構(gòu)原理
圖2-1 振搖式紅棗采收設(shè)備示意圖
1.棗樹(shù) 2.束緊繩 3.可調(diào)搖桿4.加強(qiáng)連接處5.圓形網(wǎng)罩 6.漏棗導(dǎo)管
圖2-2 振搖式紅棗采收設(shè)備示意圖
1.棗樹(shù)2.束緊裝置3.可調(diào)束緊帶4.可調(diào)搖桿5.圓形網(wǎng)罩 6.加強(qiáng)連接處7.束緊繩
8.漏棗導(dǎo)管9.筐10.振搖裝置
根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和搜集的資料確定振搖式紅棗采收設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要包括：圓形網(wǎng)罩、可調(diào)搖桿、束繩裝置、可調(diào)束緊帶等幾個(gè)部分。在網(wǎng)罩的四個(gè)方向，分別連接一個(gè)搖桿。搖桿可以通過(guò)振搖裝置產(chǎn)生振動(dòng)，總體結(jié)構(gòu)如圖。
2.1.2振搖式紅棗采收設(shè)備工作原理
設(shè)備工作原理是利用圓形網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，通過(guò)固定四個(gè)長(zhǎng)桿，利用四根長(zhǎng)桿將網(wǎng)把整棵棗樹(shù)枝干包住，然后將下落圓網(wǎng)收攏，利用四根長(zhǎng)桿帶動(dòng)樹(shù)干搖動(dòng)，使樹(shù)上紅棗落入網(wǎng)的底部，然后打開(kāi)漏棗口，棗子順著漏棗導(dǎo)管，最后通過(guò)設(shè)置好紅棗出口將紅棗倒入框中；從而完成一個(gè)樹(shù)的紅棗收獲。動(dòng)力輸出是人根據(jù)棗園實(shí)際情況，和搖晃樹(shù)枝的強(qiáng)度具體情況量力而為，采摘時(shí)盡量減少對(duì)紅棗和樹(shù)枝的損傷。
3.振搖式紅棗采收設(shè)備具體部分設(shè)計(jì)
3.1圓形網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圓形網(wǎng)罩的結(jié)構(gòu)包括：圓形網(wǎng)袋、漏棗導(dǎo)管、加強(qiáng)連接處、束緊繩導(dǎo)管、連接繩。
圖3-1 圓形網(wǎng)罩
3.1.1圓形網(wǎng)罩
功能
從上到下，將棗樹(shù)收入網(wǎng)罩內(nèi)，收攏網(wǎng)口，捆于樹(shù)干，使棗樹(shù)處于鎖緊微壓縮狀態(tài)，便于后面的振動(dòng)采收收棗。
尺寸
棗樹(shù)的所有的外圍枝葉，看成近似球形，通過(guò)測(cè)量半徑，來(lái)確定罩子的尺寸。假設(shè)測(cè)量的棗樹(shù)的半徑為，那么棗樹(shù)的表面積,設(shè)圓形網(wǎng)罩的面積為，半徑為,那么，。
材料
因?yàn)檎肿优c棗樹(shù)緊密接觸，所以棗樹(shù)上的枝葉和倒刺都會(huì)造成罩子磨損和破壞，固需要使用耐磨損，并且抗破壞性能要強(qiáng)，達(dá)到耐用的目的。這里試用粗帆布材料，粗帆布具有良好的延伸性、吸濕性，同時(shí)又具有耐磨、耐堿、耐曬、耐蟲(chóng)蛀等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于帆布是多股線(xiàn)織造，所以質(zhì)地堅(jiān)牢、耐磨、緊密厚實(shí)。為防止棗樹(shù)對(duì)罩子的損失過(guò)大，可以采用雙層粗帆布。
3.1.2漏棗導(dǎo)管
圖3-2 漏棗導(dǎo)管
功能
紅棗經(jīng)過(guò)振動(dòng)掉落在網(wǎng)底，通過(guò)打開(kāi)漏棗導(dǎo)管，棗子順著導(dǎo)管進(jìn)入到框里。
尺寸
根據(jù)圓形網(wǎng)罩的尺寸和棗樹(shù)樹(shù)干的粗細(xì)，漏棗導(dǎo)管的直徑預(yù)計(jì)在20cm—40cm之間。
材料
漏棗導(dǎo)管因?yàn)橐磸?fù)與棗子接觸，固也采用粗帆布；但是因?yàn)樯偃チ撕芏鄺棙?shù)枝葉的磨損破壞，采用單層粗帆布即可。
3.1.3加強(qiáng)連接處
功能
防止反復(fù)振動(dòng)，對(duì)網(wǎng)罩造成破壞，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)具無(wú)法正常使用。減少力在傳遞過(guò)程中的損耗，提高工作效率。
尺寸
根據(jù)搖桿晃動(dòng)布料的受力情況，可能受來(lái)自各個(gè)方向的力，固此處采用圓形加固，半徑為15cm.如若加固效果不理想，可以相應(yīng)的擴(kuò)大加固半徑。
材料和后期處理
此處可以增加2—4層的粗帆布，減小針距，致密縫合，達(dá)到預(yù)期的效果。
3.1.4連接繩
功能
把圓形網(wǎng)罩和可調(diào)搖桿連接在一起，實(shí)現(xiàn)桿動(dòng)帶動(dòng)罩動(dòng)。
材料和尺寸
使用32股編制棉繩，棉繩摩擦因數(shù)比較大，質(zhì)地柔軟，可伸縮性小，耐磨，使用壽命長(zhǎng)。預(yù)計(jì)長(zhǎng)度為50cm。繩粗8mm。如若需要更改，可以因?qū)嶋H而定。
加工處理
繩頭1cm處使用薄鐵皮包裹，防止繩頭因反復(fù)使用散開(kāi)。繩子與圓形網(wǎng)罩采用致密縫補(bǔ)連接。注：連接處縫合強(qiáng)度高，能經(jīng)受住拉伸力的反復(fù)作用。
3.1.5束緊繩導(dǎo)管
功能
為束緊繩子提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)的軌道，方面網(wǎng)罩的后期束緊捆綁棗樹(shù)。
材料
使用長(zhǎng)纖維的布料，面料光滑柔軟，摩擦系數(shù)小，耐磨性高，強(qiáng)度彈性都很好質(zhì)地緊密且富有彈性。
3.2束緊機(jī)構(gòu)
本著操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，本束緊機(jī)構(gòu)由兩個(gè)部分組成，分別是束緊繩和束繩裝置。此機(jī)構(gòu)能快速達(dá)到預(yù)期的束緊效果，并且滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的最初要求。
3.2.1束緊繩
功能
收緊網(wǎng)口捆與樹(shù)干。
尺寸
長(zhǎng)度因圓形網(wǎng)罩網(wǎng)口的半徑而定，但總長(zhǎng)要比網(wǎng)口周長(zhǎng)要常100cm，繩粗8mm.
材料
根據(jù)需要采用尼龍繩，繩皮比較光滑，耐磨。根據(jù)情況可以選擇更適用的繩子。
3.2.2束繩裝置
圖3-3 束繩裝置
工作原理：將構(gòu)件1放入構(gòu)件2內(nèi)，在構(gòu)件1和構(gòu)件2之間有一個(gè)彈簧，在彈簧的作用下，構(gòu)件1始終有向上的趨勢(shì)。束緊繩同時(shí)通過(guò)構(gòu)件1和構(gòu)件2的孔洞，擋住了構(gòu)件1向上的趨勢(shì)，二者相互作用下，達(dá)到了束緊的目標(biāo)。
材料
根據(jù)此裝置束緊狀態(tài)下。采用ABS塑料鑄成。ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯聚合的塑料，它色彩醒目，耐熱、堅(jiān)固、外表面可鍍鉻、鎳等金屬薄膜。
功能
此裝置主要有兩個(gè)功能：
（1）防止繩頭不慎進(jìn)入網(wǎng)罩的束緊繩導(dǎo)管，為束緊操作帶來(lái)不必要的操作。
（2）收攏網(wǎng)罩的時(shí)候，方便迅速，束緊與樹(shù)干。
彈簧
功能
為束緊裝置提供束緊動(dòng)力，保證束緊裝置在正常的情況下，正常工作。
材料
根據(jù)需求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上查得，碳素彈簧鋼絲，強(qiáng)度高，性能好，適于做小彈簧，適用于本裝置。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè), 符合要求的是彈簧絲直徑，彈簧中徑，節(jié)距，自由高度，實(shí)驗(yàn)負(fù)荷。
3.3可調(diào)搖桿
3.3.1搖桿作用
(1)通過(guò)四個(gè)搖桿，把圓形網(wǎng)罩移動(dòng)到棗樹(shù)樹(shù)頂再利用四根搖桿用網(wǎng)罩把整棵棗樹(shù)從樹(shù)頂把所有枝干包住。
(2)通過(guò)搖桿的振動(dòng)帶動(dòng)網(wǎng)罩振動(dòng)，帶動(dòng)罩子晃動(dòng)，罩子晃動(dòng)帶動(dòng)樹(shù)枝晃動(dòng)；樹(shù)枝在接受了外加的強(qiáng)迫振動(dòng)后，也以一定的頻率振動(dòng)，這樣就使樹(shù)枝上的棗子也以某種形式的振動(dòng)而加速運(yùn)動(dòng)。加速運(yùn)動(dòng)的棗子要受到慣性力的作用，當(dāng)慣性力大于棗子與樹(shù)枝的結(jié)合力時(shí)，棗子就會(huì)掉落到罩子底部，達(dá)到收獲紅棗的預(yù)期效果。
3.3.2搖桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-4 可調(diào)搖桿示意
結(jié)構(gòu)原理
棗樹(shù)的具體高度各有不同，根據(jù)棗樹(shù)的高度不同，又為了方便實(shí)用，采用可調(diào)搖桿。搖桿主要有五部分組成，定位滑塊、底座、外管、內(nèi)管，連接頭。外管直徑為25cm，內(nèi)管直徑23cm，將內(nèi)管放入外管內(nèi)，相應(yīng)的孔洞對(duì)齊，在彈簧作用力下，定位滑塊始終處于頂起狀態(tài)，滑塊和內(nèi)外管的相互作用力，達(dá)到定位目的，滑塊可以通過(guò)彈簧壓縮和任意的外管孔洞配合，從而達(dá)到可調(diào)高度的目的。
彈簧
圖3-5 彈簧
根據(jù)需求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上查得，碳素彈簧鋼絲，強(qiáng)度高，性能好，適于做小彈簧，適用于本裝置。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè), 符合要求的是彈簧絲直徑，彈簧中徑，節(jié)距，自由高度，實(shí)驗(yàn)負(fù)荷。
3.3.3搖桿材料
圖3-6 可調(diào)搖桿
搖桿在采收過(guò)程中是起到傳遞力的作用，操作手通過(guò)晃動(dòng)搖桿，從而達(dá)到晃動(dòng)罩子和棗樹(shù)的目的。根據(jù)搖桿的工作性質(zhì)，搖桿要求質(zhì)輕，方便使用和移動(dòng)；根據(jù)搖桿的工作負(fù)荷搖桿的強(qiáng)度要求不是很高，綜上兩點(diǎn)搖桿的材料可以采用鋁合金。因?yàn)殇X合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度；根據(jù)機(jī)械特性，采用鋁合金7050-T7451材料制造。
表3-1 鋁合金的典型機(jī)械性能(Typical Mechanical Properties)
鋁合金牌號(hào)
及狀態(tài)
拉伸強(qiáng)度(25°C MPa)
屈服強(qiáng)度(25°C MPa)
硬度500kg力10mm球
延伸率1.6mm(1/16in)厚度
6061-T651
310
276
95
12
7050-T7451
510
455
135
10
7075-T651
572
503
150
11
表3-2 鋁合金的化學(xué)成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum )
合金
牌號(hào)
硅Si
鐵Fe
銅Cu
錳Mn
鎂Mg
鉻Cr
鋅Zn
鈦Ti
其它
鋁
每個(gè)
合計(jì)
最小值
6061
23.6
0.7
0.15-0.4
0.15
0.8-1.2
0.04-0.35
0.25
0.15
0.05
0.15
余量
7050
23.5
0.15
20.-2.6
0.1
1.9-2.6
0.04
5.7-6.7
0.06
0.05
0.15
余量
7075
23.6
0.5
1.2-2.0
0.3
2.1-2.9
0.18-0.28
5.1-6.1
0.2
0.05
0.15
余量
3.4可調(diào)束緊帶
3.4.1束緊帶作用
圓形網(wǎng)罩網(wǎng)口收攏與樹(shù)后，只靠一個(gè)束繩裝置提供捆綁與樹(shù)干的力，難免有點(diǎn)單薄，有的時(shí)候用束緊繩直接捆綁與樹(shù)，又很不方便。因此設(shè)計(jì)了可調(diào)束緊帶，輔助紅棗收獲。將圓形網(wǎng)罩網(wǎng)口快速束縛與樹(shù)干，防止網(wǎng)罩網(wǎng)口因其他原因，影響紅棗收獲。它使用方便、簡(jiǎn)捷，使用范圍廣?？梢栽诩t棗收獲過(guò)程中節(jié)省相應(yīng)的人力和時(shí)間，達(dá)到迅速完成紅棗收獲的要求。
3.4.2結(jié)構(gòu)
可調(diào)束緊帶主要由一個(gè)自鎖裝置和鋸齒形束緊帶構(gòu)成。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：
圖3-7 可調(diào)束緊帶
3.4.3工作原理
鋸齒形束緊帶通過(guò)自鎖裝置，自鎖裝置內(nèi)扭矩彈簧的作用，提供一個(gè)扭力，卡死束緊帶，使束緊帶只能緊不能松，達(dá)到束緊樹(shù)干的要求。需要取下時(shí)，只要人力平衡彈簧扭力，就可以消除束緊狀態(tài)。
3.4.4可調(diào)束緊帶材料
根據(jù)工作要求，實(shí)際需要，本著節(jié)省資源，降低成本的思想，本可調(diào)束緊帶采用采用塑料。塑料主要特性：大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學(xué)性穩(wěn)定，不會(huì)銹蝕；耐沖擊性好；具有較好的透明性和耐磨耗性；絕緣性好，導(dǎo)熱性低；一般成型性、著色性好，加工成本低；大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；容易老化；某些塑料易溶于溶劑。
4.振搖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
振搖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
圖4-1 振搖機(jī)構(gòu)示意圖
1.連接管2.液壓傳動(dòng)3.振搖滑筒4.搖桿5.定桿6.曲柄7.調(diào)節(jié)支桿8.機(jī)架
汽油機(jī)和減速箱固定在機(jī)架上，汽油機(jī)、減速箱和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)都是通過(guò)相應(yīng)的聯(lián)軸器連接，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由活動(dòng)鉸鏈連接，振搖滑筒上焊接液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)焊接連接筒。
振搖機(jī)構(gòu)工作原理：
汽油機(jī)做為動(dòng)力輸出源，通過(guò)減速器帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將曲柄的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成振搖滑筒直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；可調(diào)搖桿通過(guò)液壓傳動(dòng)上的連接筒與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)連接。最終實(shí)現(xiàn)振搖機(jī)構(gòu)的作用，產(chǎn)生振搖效果。
4.1汽油機(jī)的選擇
為了達(dá)到振搖目的，需要使用一個(gè)動(dòng)力原件。因電動(dòng)機(jī)使用不方便，故選擇小型汽油機(jī)。
表4-1 常用小型汽油機(jī)的功率范圍
型號(hào)
排量? mL
最大功率范圍? kW
轉(zhuǎn)速r/min
1E40F
50
1.4～1.7
5500
1E43F
50
1.6～2.2
5500
1E45F
60
1.8～2.5
5500
152F
97.7
1.1～1.9
3600
168F
163
3.4～4.1
3600
168F
196
3.8～4.8
3600
173F
240
5.3～5.9
3600
177F
270
6.0～6.6
3600
182F
340
7.1～8.1
3600
188F
390
8.4～9.6
3600
根據(jù)功率使用152F型汽油機(jī)，作為動(dòng)力輸出。
4.2減速器的確定
由于汽油機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，需要一個(gè)傳動(dòng)比很大的減速器。通過(guò)各種參數(shù)的選擇對(duì)比，選了一種諧波齒輪減速器。
減速器型號(hào)XBZ120B
機(jī)型120
柔輪內(nèi)徑120
模數(shù)為0.6
傳動(dòng)比為100
輸入轉(zhuǎn)速=3600r/min
輸出轉(zhuǎn)速=36r/min
輸出轉(zhuǎn)矩450TB/N*m
輸入軸直徑=18h6
輸出軸直徑=45h6
輸入軸長(zhǎng)度=28mm
輸出軸長(zhǎng)度=48mm
總長(zhǎng)度L=240mm
高度220mm
寬度180mm
螺栓數(shù)目n=4
螺栓直徑M14
輸入軸鍵A=6*25
輸出軸鍵B=14*62
4.3振動(dòng)機(jī)構(gòu)
常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為滑塊的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);或者將滑塊的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析是當(dāng)已知各構(gòu)件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),研究機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等,從而評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)是否滿(mǎn)足工作性能要求,機(jī)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉等。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)副為低副,各元件間為面接觸,構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡(jiǎn)單,加工方便,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點(diǎn),因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類(lèi)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等 。本振搖裝置采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具體分析設(shè)計(jì)如下：
4.3.1曲柄滑塊的動(dòng)力學(xué)特性
圖4-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
從曲柄r傳到連桿l上的力與滑塊發(fā)出的壓力
(4—1)
曲柄頸A處，沿半徑方向的力和的關(guān)系：
(4—2)
將上2式聯(lián)立，可得到:
(4—3)
曲柄頸沿r方向承受與力大小相等的壓力。曲柄頸沿圓周方向所受切線(xiàn)力與半徑r的乘積，就是轉(zhuǎn)矩T。
(4—4)
根據(jù)上圖可知：
(4—5)
將（1）、（4）式代入（5）式，則
(4—6)
從上式求出P。
(4—7)
一般曲柄連桿機(jī)構(gòu)l>4r，所以，可將l看成比r大很多，即l>>r ，這時(shí)，角趨近于零。
則上式可以寫(xiě)成：
(4—8)
按平面幾何圓部分的勾股定理，可以導(dǎo)出將上式代入，則得： (4—9)
4.3.2曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性
圖4-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸水平向右。在任意瞬時(shí)t，機(jī)構(gòu)的位置如圖。
可以假設(shè)C點(diǎn)的矢徑為：
(4—10)
C點(diǎn)的坐標(biāo)為其矢徑在坐標(biāo)軸上的投影：
(4—11)
(4—12)
根據(jù)圖形可知：
(4—13)
所以：
(4—14)
式中，是曲柄長(zhǎng)與連桿長(zhǎng)之比。將上式代入的表達(dá)式中，并考慮到，就得到了滑塊的運(yùn)動(dòng)方程：
(4—15)
若將此式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，其運(yùn)算較繁瑣。在工程實(shí)際中，值通常不大，故可在上式中將根式展開(kāi)成的冪級(jí)數(shù)并略去起的各項(xiàng)而作近似計(jì)算：
(4—16)
(4—17)
上式再對(duì)時(shí)間取導(dǎo)數(shù)，便可以得到速度和加速度的表達(dá)式：
(4—18)
(4—19)
其中都是的周期函數(shù)。
4.3.3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的振動(dòng)與平衡
在一切有質(zhì)量、構(gòu)件質(zhì)心有加速度或構(gòu)件有角加速度的機(jī)械中,都存在著慣性力。例如:曲柄壓力機(jī)在向下行程時(shí),滑塊出現(xiàn)“快落”,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生撞擊、振動(dòng),會(huì)降低傳動(dòng)零件的使用壽命。機(jī)械在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,這種隨機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)而周期變化的強(qiáng)慣性作用將會(huì)在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力。這不僅將增加運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力和構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致磨損加劇、效率降低,也影響構(gòu)件的強(qiáng)度。而且由于慣性力隨機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)而作周期性變化,也會(huì)使機(jī)械及其基礎(chǔ)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng),從而導(dǎo)致機(jī)械工作質(zhì)量和可靠性下降、零件材料內(nèi)部疲勞損傷加劇,并由振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲污染。因此,研究機(jī)械高速運(yùn)轉(zhuǎn)中慣性力的變化規(guī)律,采用平衡設(shè)計(jì)和平衡試驗(yàn)的方法對(duì)慣性力加以平衡,以消除或減輕慣性力的不良影響,是減輕機(jī)械振動(dòng)、改善機(jī)械工作性能、提高機(jī)械工作質(zhì)量、延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命、減輕噪聲污染的重要措施之一。
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是最早獲得廣泛應(yīng)用的連桿機(jī)構(gòu)之一，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各構(gòu)件產(chǎn)生的慣性力會(huì)引起機(jī)座的強(qiáng)迫振動(dòng)，加劇機(jī)器構(gòu)件的磨損并產(chǎn)生噪聲污染，降低機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性。因此，對(duì)這類(lèi)機(jī)構(gòu)平衡問(wèn)題的研究很有必要。從理論上講，運(yùn)用質(zhì)量代換法可使這種機(jī)構(gòu)的慣性力完全平衡。但是這種平衡法會(huì)導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜化及其質(zhì)量的增加，尤其是把配重安裝在連桿上時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)更為不利。因此，人們多采用慣性力部分平衡的方法來(lái)減小機(jī)構(gòu)的振動(dòng)。
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中包含有作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊和作復(fù)合運(yùn)動(dòng)的連桿和作轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄,它們質(zhì)心加速度以及角加速度的存在會(huì)導(dǎo)致周期性變化的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩。這種力和力矩將造成機(jī)械的強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲,加劇機(jī)件的磨損和疲勞失效,降低機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,限制了機(jī)械性能的提高。對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩平衡方面的研究,主要集中在兩個(gè)方面:振動(dòng)力和振動(dòng)力矩的平衡方法和平衡問(wèn)題的分析方法。目前對(duì)機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)力和振動(dòng)力矩平衡方法主要有:(1)質(zhì)量重分配法,這種方法是通過(guò)在構(gòu)件上加平衡重的方法,使機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心位置始終處于機(jī)架上,機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心不會(huì)隨構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng),從而達(dá)到振動(dòng)力的完全平衡;(2)平衡機(jī)構(gòu)平衡法,即在機(jī)構(gòu)上附加其它機(jī)構(gòu)來(lái)平衡原機(jī)構(gòu)的慣性作用。分析機(jī)構(gòu)振動(dòng)力和振動(dòng)力矩平衡問(wèn)題的方法主要有:(1)質(zhì)量替代法,就是根據(jù)替代前后構(gòu)件質(zhì)量和質(zhì)量矩不變的原則,將構(gòu)件的質(zhì)量代為相應(yīng)點(diǎn)處的質(zhì)量。這種方法有利于機(jī)構(gòu)振動(dòng)力和振動(dòng)力矩平衡的研究;(2)線(xiàn)性獨(dú)立向量法,這種方法就是首先建立機(jī)構(gòu)總質(zhì)心位置的向量表達(dá)式,然后利用機(jī)構(gòu)環(huán)路方程使表達(dá)式各項(xiàng)向量線(xiàn)性獨(dú)立,最后設(shè)法使總質(zhì)心位置不動(dòng),即使表達(dá)式中所有與時(shí)間有關(guān)的各項(xiàng)系數(shù)全部為零。
4.4液壓傳動(dòng)
在液壓系統(tǒng)中，最常用的工作介質(zhì)是液壓油，液壓油是傳遞信號(hào)和能量的工作介質(zhì)。同時(shí)，還起到潤(rùn)滑，冷卻和防銹等方面的作用。液壓系統(tǒng)能否可靠和有效地工作，在很大程度上取決于液壓油。
體積壓縮系數(shù)κ，受壓液體在單位壓力變化下的液體體積相對(duì)變化量。
圖4-3液壓傳動(dòng)示意圖
液體體積彈性模量K：產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化量所需要的壓力增量。
則：
粘性：流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力為了阻礙分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力。相鄰兩油層間的內(nèi)摩擦力：
式中：μ—比例常數(shù)，稱(chēng)粘度系數(shù)或動(dòng)力粘度?！俣忍荻龋匆簩酉鄬?duì)速度對(duì)液層距離的變化率。
切應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的摩擦力,
稱(chēng)為牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。
液體的粘度,
當(dāng)時(shí)，u=t
由此可知?jiǎng)恿φ扯圈淌侵杆趩挝凰俣忍荻认铝鲃?dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。
（2）運(yùn)動(dòng)粘度ν：
液體動(dòng)力粘度與其密度的比值，稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)粘度。
ν=μ/ρ
圖4-4 帕斯卡原理示意圖
帕斯卡定律指出,密閉容器內(nèi)的液體向各個(gè)方向施加相等的壓力,根據(jù)這一原理,作用于封閉液體的外力,以相等的壓力向限制液體的容器或管道的表面?zhèn)鬟f。液壓傳動(dòng)的技術(shù)關(guān)鍵在于油缸和活塞之間不存在任何的機(jī)械摩擦,而只有液體摩擦。同時(shí),為了盡量減小缸塞間的漏油量,以保證全機(jī)處于液壓平衡狀態(tài),要求缸塞間的配合間隙極小(單邊間隙一般不得超過(guò)幾十微)。無(wú)論采用何種方案解決這一關(guān)鍵問(wèn)題,不僅要以嚴(yán)謹(jǐn)可靠的理論為基礎(chǔ),還要考慮加工工藝、制造成本等諸多實(shí)際因素。傳統(tǒng)的解決方法是采用"動(dòng)壓潤(rùn)滑"的方法,即油缸圍繞活塞旋轉(zhuǎn)，從而在缸塞間建立液體摩擦。這一方法對(duì)有效面積較小的液壓傳動(dòng)缸塞系統(tǒng)而言不難實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于有效面積較大的工作缸塞系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，卻存在以下兩點(diǎn)問(wèn)題：
(1)是由于油缸旋轉(zhuǎn)，使缸塞相對(duì)位置不斷變化，因而漏油量也不斷變化，整個(gè)液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很難保持穩(wěn)定，結(jié)果造成測(cè)力機(jī)的波動(dòng)度較大。
(2)是制造工藝復(fù)雜,成本較高。
液壓油的要求和選用：
要求：
1）粘度適宜，粘溫特性要好；
2）油液純凈，不含雜質(zhì)（化學(xué)及機(jī)械雜質(zhì)）；
3）凝固點(diǎn)要低，以防寒冷凝固；閃點(diǎn)和燃點(diǎn)要高，以防燃燒；
4）潤(rùn)滑性能好；
5）其它：抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；無(wú)毒，價(jià)格便宜。
選用：
1）工作壓力：
高－選粘度大的，低－選粘度小的；
2）環(huán)境溫度：
高－選粘度大的，低－選粘度小的；
3）工作部件的運(yùn)動(dòng)速度：
高－選粘度小的，低－選粘度大的。
油缸的選用與校核
內(nèi)徑大小和內(nèi)桶的長(zhǎng)度的確定是液壓式測(cè)力裝置測(cè)量范圍的重要參數(shù)，壁厚的確定是液壓測(cè)力裝置穩(wěn)定性和安全性的重要參數(shù)之一。
靜止液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在一方向上所受靜壓作用力的總和，便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。
固體壁面為一平面時(shí)，如不計(jì)重力作用(即忽略 gh項(xiàng))，平面上各點(diǎn)處的靜壓力大小相等，作用在固體壁面上的力等于靜壓力與承壓面積的乘積，即 F＝pA，其作用方向垂直于壁面。
當(dāng)固體壁面為一曲面時(shí)，情況就不同了，曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。
圖4-5 液壓缸
缸筒壁厚的校核
當(dāng)缸筒壁厚時(shí)，可以按薄壁圓筒的計(jì)算公式校核其強(qiáng)度，即
——缸筒試驗(yàn)壓力，比最大工作壓力大20一30﹪
D—缸筒內(nèi)徑 —缸筒材料的許用應(yīng)力其中材料抗拉強(qiáng)度，n安全系數(shù)，一般取3—5當(dāng)缸筒壁厚時(shí)，應(yīng)按厚壁校核公式，即
其中低壓液壓缸的厚度常根據(jù)工藝和結(jié)構(gòu)需要確定，強(qiáng)度一般不是主要問(wèn)題。本裝置采用45鋼，直徑D為161mm,壁厚25mm,屬于厚壁圓筒，材料抗拉強(qiáng)度為600Mpa,代入公式合格。
活塞選用與校核
活塞外表面的粗糙度和精度是決定液壓測(cè)力裝置精度和靈敏度的重要條件，它的密封首先用活塞圈，再用兩個(gè)O型密封圈，經(jīng)檢驗(yàn)，密封合格。用45鋼成型后，先淬火，然后滲碳，注意須放置時(shí)，要垂直放置，或懸掛。
4.5結(jié)論
本設(shè)計(jì)基本可以實(shí)現(xiàn)振搖目的，振搖幅度為20cm，振搖頻率為36次每分鐘。
5.結(jié)論
畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該看到的問(wèn)題：
（1）振搖式紅棗采收設(shè)備相對(duì)其他紅棗收獲機(jī)具有操作靈活多變，采摘具有選擇性，對(duì)棗樹(shù)木本損傷小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
（2）振搖式紅棗采收設(shè)備，采用機(jī)具收獲紅棗，使原本的低效率的采收有了一定的提高，并且降低了采摘的人工成本，在采摘速度上畢人工采摘有了顯著的的提高。
（3）由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有做試驗(yàn)，對(duì)其實(shí)際的可行性程度還不能確定。首先，棗樹(shù)樹(shù)干和枝葉具體力學(xué)參數(shù)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)獲得，對(duì)各個(gè)構(gòu)件缺少必要的力學(xué)分析和校核，可能會(huì)使此收獲工具使用存在一定的局限性；其次，振搖式紅棗采收設(shè)備各個(gè)構(gòu)件可能存在設(shè)計(jì)不合理，或者不符合實(shí)際收獲情況。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，和老師的溝通交流更使我對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中確實(shí)遇見(jiàn)一些問(wèn)題，通過(guò)老師的講解，自己翻閱了大量資料，都得到了解決。
致 謝
本畢業(yè)設(shè)計(jì)完成首先感謝我的指導(dǎo)老師，畢業(yè)設(shè)計(jì)是在廖結(jié)安老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。廖老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向廖老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過(guò)畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至設(shè)計(jì)的順利完成。
在設(shè)計(jì)即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到設(shè)計(jì)的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們!
最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！
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